DE102013000220B3 - Method for determining temperature in electrical element e.g. accumulator, involves determining electric terminal power, power dissipation, heat capacity, thermal conductivity and heat transfer resistance to electrical element - Google Patents

Method for determining temperature in electrical element e.g. accumulator, involves determining electric terminal power, power dissipation, heat capacity, thermal conductivity and heat transfer resistance to electrical element Download PDF

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Abstract

An electrical terminal power is determined. The temperature is calculated based on electric terminal power, electric terminal power associated power dissipation, and heat capacity of the electrical element (1), thermal conductivity and heat transfer resistance to the surface of the electrical element. Independent claims are included for the following: (1) device for determining temperature in electrical element; and (2) vehicle.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem elektrischen Körper, ein Verfahren zur Temperaturregulierung eines elektrischen Körpers unter Verwendung einer mittels eines derartigen Verfahrens berechneten Temperatur, Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung zur Temperaturregulierung.The present invention relates to a method for determining a temperature in an electrical body, a method for controlling the temperature of an electrical body using a temperature calculated by such a method, devices for carrying out these methods and a vehicle having such a device for temperature regulation.

Es sind zunehmend Fahrzeuge wie Kraftfahrzeuge mit elektrischen oder hybriden Antrieben und sonstige mobile Einheiten wie autonome Transport- oder Servicefahrzeuge (mobile Roboter etc.) bekannt, die zumindest einen Teil ihrer Antriebsleistung aus elektrischen Energiespeichern beziehen. Diese elektrischen Energiespeicher sind i. A. wieder aufladbar und werden dann als Akkumulator (Sekundärbatterie) bezeichnet, der mehrere einzelne zu einer Einheit zusammengeschaltete Akkumulatorzellen (Sekundärzellen) aufweist. Derartige Akkumulatoren werden umgangssprachlich, je nach Verwendungszweck, als Starterbatterien bei Kraftfahrzeugen oder Traktionsbatterien bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen bezeichnet.There are increasingly vehicles such as motor vehicles with electric or hybrid drives and other mobile units such as autonomous transport or service vehicles (mobile robots, etc.) known, which relate at least part of their drive power from electrical energy storage. These electrical energy stores are i. A. rechargeable and are then referred to as an accumulator (secondary battery) having a plurality of individual interconnected to a unit accumulator cells (secondary cells). Such accumulators are colloquially, depending on the intended use, referred to as starter batteries in motor vehicles or traction batteries in electric or hybrid vehicles.

Den Akkumulatoren wird elektrische Energie zum Betrieb der Systemkomponenten und bzw. oder zum Antrieb des Fahrzeugs entnommen und durch fahrzeugeigene Generatoren einer Verbrennungskraftmaschine oder durch Brennstoffzellen oder von Extern durch elektrische Energiequellen wie eine elektrische Aufladestation oder heimische Steckdose mittels Aufladegerät wieder zugeführt. Hierbei tritt sowohl bei der Entnahme als auch bei der Speicherung der elektrischen Energie stets eine elektrische Verlustleistung auf, die in den Akkumulatorzellen Wärme erzeugt. Auch kann ein Akkumulator durch die Temperatur seiner Umgebung wie z. B. die Umgebungsluft oder umgebende Komponenten erwärmt oder auch abgekühlt werden.The accumulators electrical energy for operation of the system components and or or to drive the vehicle and taken by vehicle generators of an internal combustion engine or fuel cells or externally supplied by electrical energy sources such as an electric charging station or domestic outlet by means of a charger. In this case, both during the removal and during storage of the electrical energy always occurs on an electrical power loss, which generates heat in the battery cells. Also, an accumulator by the temperature of its environment such. B. the ambient air or surrounding components are heated or cooled.

Die Temperatur der Akkumulatorzellen beeinflusst das Verhalten des Akkumulators dahingehend, dass das Auflade- bzw. Entnahmeverhalten von der Temperatur des Akkumulators abhängt. Auch können zu geringe bzw. zu hohe Temperaturen den Akkumulator schädigen bzw. eine Aufladung oder Entnahme be- oder verhindern. Daher ist die Kenntnis der aktuellen Temperatur des Akkumulators für dessen Verwendung aus mehreren Gründen von hohem Interesse, z. B. um die Parameter eines Auflade-/Entnahmevorgangs einstellen bzw. optimieren zu können. Ferner kann es erforderlich sein, einen Akkumulator zu kühlen oder zu erwärmen, damit gewisse kritische Temperaturzustände nicht erreicht werden bzw. der Akkumulator innerhalb bestimmter bevorzugter thermischer Zustände betrieben werden kann.The temperature of the battery cells influences the behavior of the battery to the extent that the charging or removal behavior depends on the temperature of the battery. Also, too low or too high temperatures can damage the accumulator or prevent or prevent charging or removal. Therefore, the knowledge of the current temperature of the accumulator for its use for many reasons of high interest, z. B. to set or optimize the parameters of a charging / removal process. Furthermore, it may be necessary to cool or heat an accumulator so that certain critical temperature conditions can not be achieved or the accumulator can be operated within certain preferred thermal states.

Zu diesem Zweck können Temperatursensoren verwendet werden, die innerhalb des Akkumulators vorgesehen sind. Diese bedingen vergleichsweise hohe Kosten, da diese Sensoren gegenüber den chemischen Bestandteilen der Akkumulatorzellen beständig sein müssen. Auch müssen diese Sensoren im Inneren der Akkumulatorzellen mit Energie gespeist und es muss ihnen das Messsignal entnommen werden, was eine Verbindung in das Innere der Akkumulatorzelle mit entsprechendem Aufwand erfordert. Ferner ist eine Auswertung dieser Sensoren vorzusehen.For this purpose, temperature sensors can be used which are provided inside the accumulator. These require relatively high costs, since these sensors must be resistant to the chemical components of the battery cells. These sensors must also be supplied with energy inside the battery cells and the measurement signal has to be taken from them, which requires a connection into the interior of the battery cell with corresponding expenditure. Furthermore, an evaluation of these sensors is to be provided.

Alternativ können Temperatursensoren auch außerhalb des Akkumulators angebracht sein. Diese bedingen einen konstruktiven Aufwand, Kosten für die Sensorik selbst sowie dessen Auswertung und weisen den Nachteil auf, dass die Temperatur des Akkumulatorinneren dem Anbringungsort des Temperatursensors nur zeitverzögert erfasst werden kann, je nach Anbringungsort des Temperatursensors mit einer unterschiedlichen Zeitverzögerung. Diese Zeitverzögerung beruht auf dem Ausbreitungsverhalten der Wärme im Inneren des Akkumulators bzw. von dort hin zum Anbringungsort des Temperatursensors, welches insbesondere durch die thermischen Übergangswiderstände der Grenzflächen beeinflusst wird. Durch diese Zeitverzögerung würde eine Einstellung von Parametern auf einer unzutreffenden Akkumulatortemperatur und damit nicht optimal erfolgen und eine Kühlung oder Heizung des Akkumulators würde zu spät aktiviert werden. Würde im letzteren Fall bei einer vorbestimmten Temperatur eine Deaktivierung der Kühlung oder Heizung erfolgen sollen, so würde auch diese zeitlich verzögert erfolgen, da die Wirkung der Kühlung bzw. Heizung auf die Akkumulatorzellen ebenfalls erst mit Verspätung erfolgen würde. Verantwortlich für die Länge der beiden Zeitkonstanten sind die Masse des Akkumulators, die proportional zu dessen Wärmekapazität ist, und der thermische Widerstand des Akkumulators an eine Heizung bzw. Kühlung. Um diese Zeitverzögerung zu vermeiden, ist es bekannt, die Aktivierungsgrenzen der gemessenen Temperatur für die Kühlung bzw. Heizung entsprechend zu wählen, so dass diese frühzeitiger einsetzt als es aufgrund der gemessenen Temperaturwerte eigentlich erforderlich wäre. Hierdurch werden die Akkumulatoren jedoch nicht bei den gewünschten Temperaturen betrieben, da die Kühlung bzw. Heizung schon bei niedrigeren bzw. höheren Temperaturen aktiviert wird als eigentlich gewollt.Alternatively, temperature sensors may also be mounted outside of the accumulator. These require a design effort, costs for the sensor itself and its evaluation and have the disadvantage that the temperature of the battery inside the mounting location of the temperature sensor can be detected only delayed, depending on the mounting location of the temperature sensor with a different time delay. This time delay is based on the propagation behavior of the heat in the interior of the accumulator or from there to the mounting location of the temperature sensor, which is influenced in particular by the thermal contact resistances of the boundary surfaces. By this time delay, an adjustment of parameters on an incorrect accumulator temperature and thus would not be optimal and cooling or heating of the accumulator would be activated too late. If in the latter case a deactivation of the cooling or heating should take place at a predetermined temperature, then this would also be delayed in time, since the effect of cooling or heating on the battery cells would also be delayed. Responsible for the length of the two time constants are the mass of the accumulator, which is proportional to its heat capacity, and the thermal resistance of the accumulator to a heating or cooling. In order to avoid this time delay, it is known to select the activation limits of the measured temperature for the cooling or heating, so that it starts earlier than would actually be required due to the measured temperature values. As a result, the batteries are not operated at the desired temperatures, since the cooling or heating is already activated at lower or higher temperatures than actually wanted.

Die DE 40 37 640 A1 betrifft die Bestimmung einer Batterietemperatur über die Messung der Temperatur des Spannungsreglers. Aus dieser wird dann die Batterietemperatur unter Verwendung z. B. eines Kennfeldes oder der Erwärmungszeitkonstanten der Batterie abgeschätzt. Hierdurch kann auf den Batterietemperatursensor verzichtet werden. Die DE 198 06 135 A1 betrifft die Ermittlung der Temperatur einer Batterie über die Messung von wenigstens zwei Temperaturen im Fahrzeugbordnetz, z. B. der Motortemperatur und der Umgebungstemperatur, und die Berechnung der Batterietemperatur auf Basis dieser Messungen, die bei vielen modernen Fahrzeugen ohnehin erfasst werden, mittels eines thermischen Modells. Die US 6,076,964 A betrifft ebenfalls die Bestimmung der Temperatur im Inneren einer Batterie. Anstelle eines Temperatursensors in oder an der Batterie werden hier Temperatursensoren des Kühlkreislaufes des Fahrzeugs und der Umgebungstemperatur ebenso wie die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Status des Motorlüfters als Messgrößen verwendet und die Batterietemperatur hieraus mittels eines dynamischen Models berechnet. Die EP 1 876 051 A1 betrifft die thermische Steuerung einer elektrischen Speichereinrichtung zur Erhöhung der Effizienz eines elektrischen Systems. Dabei wird die Zufuhr eines Kühlungsmediums zu der elektrischen Speichereinrichtung erhöht, falls die dort gespeicherte Ladung sich erhöht, um die Temperatur der elektrischen Speichereinrichtung zu senken. Hierzu wird die Temperatur der elektrischen Speichereinrichtung erfasst und die Intensität der Kühlung in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen gemessener Temperatur und Soll-Temperatur geregelt.The DE 40 37 640 A1 relates to the determination of a battery temperature via the measurement of the temperature of the voltage regulator. From this then the battery temperature using z. B. a map or the heating time constant of the battery estimated. This makes it possible to dispense with the battery temperature sensor. The DE 198 06 135 A1 relates to the determination of the temperature of a battery via the measurement of at least two temperatures in the vehicle electrical system, z. As the engine temperature and the ambient temperature, and the calculation of the battery temperature based on these measurements, which are already detected in many modern vehicles, using a thermal model. The US 6,076,964 A also concerns the determination of the temperature inside a battery. Instead of a temperature sensor in or on the battery, temperature sensors of the cooling circuit of the vehicle and the ambient temperature as well as the vehicle speed and the status of the engine fan are used as measured variables and the battery temperature is calculated therefrom by means of a dynamic model. The EP 1 876 051 A1 relates to the thermal control of an electrical storage device for increasing the efficiency of an electrical system. In this case, the supply of a cooling medium to the electrical storage device is increased if the stored charge increases there, in order to lower the temperature of the electrical storage device. For this purpose, the temperature of the electrical storage device is detected and the intensity of the cooling is regulated as a function of the temperature difference between the measured temperature and the setpoint temperature.

Die DE 10 2005 004 998 A1 beschreibt die Ermittlung der Temperatur einer Batterie durch die Messung der Temperatur in der Batterieumgebung, die Messung der Batterieklemmenspannung und der Ermittlung des Batterieklemmenstromes. Hieraus wird ein elektrischer Leistungswert in Abhängigkeit von einer mit dem Betrieb der Batterie verknüpften Leistungskenngröße ermittelt, welcher wiederum gemeinsam mit der außerhalb der Batterie gemessenen Temperatur zur Ermittlung der Batterietemperatur herangezogen wird. Dabei wird der aktuelle Wert der Batterietemperatur durch Integrieren über die Zeit des Leistungswertes und der gemessenen Temperatur bestimmt, welche zueinander gewichtet werden können. Die Vorgabe der Gewichtungsfaktoren erfolgt durch Versuche anhand der konkreten Einbausituation der Batterie und des Batterietyps.The DE 10 2005 004 998 A1 describes the determination of the temperature of a battery by measuring the temperature in the battery environment, the measurement of the battery terminal voltage and the determination of the battery terminal current. From this, an electrical power value is determined as a function of a performance characteristic associated with the operation of the battery, which in turn is used together with the temperature measured outside the battery to determine the battery temperature. In this case, the current value of the battery temperature is determined by integrating over the time of the power value and the measured temperature, which can be weighted to each other. The specification of the weighting factors is carried out by tests based on the specific installation situation of the battery and the battery type.

Allen zuvor beschriebenen bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist gemeinsam, dass die Temperatur im Inneren eines Akkumulators oder dergleichen stets basierend auf wenigstens einer Temperaturmessung erfolgt, auch wenn teilweise hierzu ohnehin vorhandene und zu anderen Zwecken verwendete Temperatursensoren verwendet werden.All previously described known devices and methods have in common that the temperature in the interior of a rechargeable battery or the like is always based on at least one temperature measurement, even if partial temperature sensors already used for this purpose are used in any case.

Die US 2012 0099618 A1 betrifft die Abschätzung der Temperatur eines Akkumulators ohne die Verwendung eines Temperatursensors. Hierzu werden der elektrische Strom und die elektrische Spannung des Akkumulators erfasst und hieraus die Impedanz des Akkumulators abgeschätzt. Aus dieser Impedanz und einer zuvor gewonnenen Beziehung zwischen der Impedanz und der Temperatur des Akkumulators wird diese wiederum abgeschätzt.The US 2012 0099618 A1 relates to the estimation of the temperature of an accumulator without the use of a temperature sensor. For this purpose, the electric current and the voltage of the accumulator are detected and from this the impedance of the accumulator is estimated. From this impedance and a previously obtained relationship between the impedance and the temperature of the accumulator this is again estimated.

US 2007/0139017 A1 beschreibt ein System sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Batterietemperatur. Dabei wird eine Umgebungstemperatur ebenso wie ein durch die Batterie fließender Strom gemessen und unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Batterie, welche unter Laborbedingungen ermittelt wurde, eine aktuelle Batterietemperatur ermittelt. US 2007/0139017 A1 describes a system and method for determining a battery temperature. In this case, an ambient temperature as well as a current flowing through the battery is measured and determined taking into account the heat capacity of the battery, which was determined under laboratory conditions, a current battery temperature.

US 2007/0298315 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Kühlen einer Batterie, bei welcher die Änderungsrate der Batterietemperatur basierend auf einem Lade-/Entladestrom, einem batterie-internen Widerstand sowie der Wärmekapazität der Batterie ermittelt wird. Im Ansprechen darauf wird ein zur Kühlung verwendeter Ventilator in seiner Arbeitsweise angepasst. US 2007/0298315 A1 describes a device for cooling a battery, wherein the rate of change of the battery temperature is determined based on a charge / discharge current, an internal battery resistance and the heat capacity of the battery. In response, a fan used for cooling is adjusted in its operation.

Nachteilig ist bei allen diesen Verfahren und Vorrichtungen, dass sie stets wenigstens eine Temperaturmessung erfordern bzw. Ungenauigkeitsfaktoren wie empirisch gewonnene Zusammenhänge einsetzen, die nicht für alle Akkumulatoren eines Typs aufgrund von z. B. Fertigungstoleranzen gleichermaßen zutreffend verwendet werden können, in die Bestimmung der Temperatur eines Akkumulators einfließen. Auch werden thermische Zusammenhänge und Vorgänge im Akkumulator bzw. gegenüber seiner Umgebung bisher nicht berücksichtigt.A disadvantage of all these methods and devices that they always require at least one temperature measurement or use inaccuracy factors such as empirically derived relationships that not all accumulators of a type due to z. B. manufacturing tolerances can be equally applicable used in the determination of the temperature of a battery. Also, thermal relationships and processes in the accumulator or its environment are not considered so far.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile auszuräumen und eine Bestimmung der Temperatur in einem elektrischen Körper, insbesondere in einem Akkumulator, bereitzustellen, die bei geringem Aufwand eine möglichst genaue Aussage über die aktuelle Temperatur in dem elektrischen Körper liefert, insbesondere im Rahmen der Temperaturregulierung des elektrischen Körpers. Wenigstens soll eine Alternative zu bekannten Verfahren und Vorrichtungen bereitgestellt werden.It is therefore an object of the present invention to eliminate the aforementioned disadvantages and to provide a determination of the temperature in an electrical body, in particular in an accumulator, which provides the least possible information about the current temperature in the electrical body, especially in Frame of temperature regulation of the electrical body. At least one alternative to known methods and devices should be provided.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst. Die Unteransprüche und Figuren zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The above object is achieved by a method with the features according to claim 1, by a method having the features according to claim 5 by a device having the features according to claim 6, by a device having the features according to claim 8 and by a vehicle with the Characteristics solved according to claim 9. The dependent claims and Figures show preferred developments of the invention.

Entsprechend wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem elektrischen Körper, insbesondere in einem Akkumulator, vorgeschlagen mit den Schritten:
Erfassen einer elektrischen Klemmenleistung, und Berechnung der Temperatur unter Verwendung

  • • der elektrischen Klemmenleistung,
  • • einer der elektrischen Klemmenleistung zugeordneten Verlustleistung, und
  • • einer Wärmekapazität des elektrischen Körpers.
Accordingly, a method for determining a temperature in an electrical body, in particular in an accumulator, is proposed with the steps:
Detecting an electrical terminal performance, and calculating the temperature using
  • The electrical terminal power,
  • • a power loss associated with the electrical terminal power, and
  • • a heat capacity of the electrical body.

Unter elektrischen Körpern seien solche zu verstehen, durch die elektrische Energie fließen kann, z. B. um diese zu betreiben oder sie dort zu speichern oder von dort zu entnehmen. So kann ein elektrischer Körper ein Akkumulator (Sekundärbatterie) oder eine Batterie (Primärbatterie), ein Ladegerät, eine Leistungselektronik, ein Elektromotor oder dergleichen sein. Als Akkumulator kann dieser eine einzelne Akkumulatorzelle innerhalb einer Anordnung von Akkumulatorzellen oder eine solche selbst sein. Die elektrische Klemmenleistung kann direkt durch ein entsprechendes Messgerät (Leistungsmesser, Wattmeter) erfasst oder auch jeweils aus einem separat gemessenen Klemmenstrom und einer separat gemessener Klemmenspannung berechnet werden. Die Klemmenleistung kann für einen Zeitpunkt erfasst bzw. bestimmt werden oder auch als Verlauf über die Zeit oder über die Zeit integriert.Electric bodies are to be understood as those through which electrical energy can flow, for. B. to operate them or store them there or remove from there. Thus, an electrical body may be an accumulator (secondary battery) or a battery (primary battery), a charger, a power electronics, an electric motor, or the like. As an accumulator this may be a single accumulator cell within an array of accumulator cells or such. The electrical terminal power can be detected directly by a corresponding measuring device (power meter, wattmeter) or also calculated from a separately measured terminal current and a separately measured terminal voltage. The terminal power can be detected or determined for a time or integrated as a course over time or over time.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die elektrische Verlustleistung ein Maß für die Erwärmung eines Körpers aufgrund der zugeführten elektrischen Klemmenleistung ist und diese daher zur Bestimmung der Temperatur in dem Körper verwendet werden kann. Dabei kann die elektrische Verlustleistung z. B. über den Wirkungsgrad des Körpers aus der zugeführten elektrischen Klemmenleistung bestimmt werden, die ihrerseits wiederum aus gemessenen Größen wie Klemmenstrom und Klemmenspannung oder auch Klemmenstrom oder Klemmenspannung und dem elektrischen Widerstand des Körpers bestimmt werden kann. Basierend auf der elektrischen Verlustleistung kann unter Berücksichtigung der Wärmekapazität, die ein Maß dafür ist, wie viel thermische Energie ein Körper bezogen auf die Temperaturänderung speichern kann, die Wärme innerhalb des Körpers berechnet werden. Ferner kann auch die Verteilung der Wärme, d. h. deren Ausbreitung von den Wärmequellen innerhalb des Körpers über dessen gesamtes Volumen bzw. über seine Grenzen hinaus, berechnet werden. Dabei weist ein Körper über sein Volumen die gleiche Wärmekapazität auf, da die Wärmekapazität des Körpers sich aus der spezifischen Wärmekapazität des Materials des Körpers und dessen Masse ergibt. Weist ein Körper unterschiedliche Materialien auf, für die die Temperatur berechnet werden soll, so sind die jeweiligen Massen und spezifischen Wärmekapazitäten der einzelnen (Teil-)Körper hierbei zu berücksichtigen sowie die Wärmeübergangswiderstände zwischen den einzelnen (Teil-)Körpern, d. h. an deren Grenz- oder Berührungsflächen (Kontaktflächen). Wird somit die Temperatur innerhalb eines Akkumulators berechnet, ist wenigstens der elektrochemische Energiespeicher, in den nicht nur die Nutzleistung der Klemmenleistung sondern auch deren Verlustleistung als thermische Energie abgegeben werden, über dessen Wärmekapazität zu berücksichtigen. Erfindungsgemäß erfolgt die Berechnung der Temperatur ferner unter Verwendung einer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere auch eines Wärmeübergangswiderstandes an der Oberfläche, des Körpers. Auf diese Weise können auch andere Körper ebenso wie die den elektrischen Körper umgebende Luft bei der Berechnung der Temperatur berücksichtigt werden. Dies erhöht die Genauigkeit der Berechnung, weil sich die elektrische Verlustwärme des elektrischen Körpers stets nicht nur innerhalb seines Volumens sondern auch darüber hinaus ausbreitet. Dies führt über die Zeit auch zu einem thermischen Gleichgewicht, was unter Berücksichtigung der Umgebung genauer bestimmt werden kann als nur für den elektrischen Körper selbst.The present invention is based on the finding that the electrical power loss is a measure of the heating of a body due to the supplied electrical terminal power and therefore this can be used to determine the temperature in the body. In this case, the electrical power dissipation z. B. on the efficiency of the body from the supplied electrical terminal power can be determined, in turn, from measured variables such as terminal current and terminal voltage or terminal current or terminal voltage and the electrical resistance of the body can be determined. Based on the electrical power loss, taking into account the heat capacity, which is a measure of how much thermal energy a body can store relative to the temperature change, the heat within the body can be calculated. Furthermore, the distribution of heat, d. H. their spread from the heat sources within the body over its entire volume or beyond its limits, calculated. In this case, a body has the same heat capacity over its volume, since the heat capacity of the body results from the specific heat capacity of the material of the body and its mass. If a body has different materials for which the temperature is to be calculated, then the respective masses and specific heat capacities of the individual (partial) bodies must be taken into account, as well as the heat transfer resistances between the individual (partial) bodies, i. H. at their boundary or contact surfaces (contact surfaces). Thus, if the temperature is calculated within a rechargeable battery, at least the electrochemical energy storage, in which not only the net power of the terminal power but also their power loss are delivered as thermal energy, to be considered on the heat capacity. According to the invention, the calculation of the temperature is further carried out using a thermal conductivity, in particular a heat transfer resistance at the surface of the body. In this way, other bodies as well as the air surrounding the electrical body can be taken into account in the calculation of the temperature. This increases the accuracy of the calculation, because the electrical loss heat of the electrical body always propagates not only within its volume but also beyond. This also leads to a thermal equilibrium over time, which can be determined more accurately taking into account the environment than just for the electrical body itself.

Vorzugsweise wird die elektrische Klemmenleistung des Körpers mittels folgender Schritte bestimmt:

  • • Erfassen des elektrischen Klemmenstromes des Körpers,
  • • Erfassen der elektrischen Klemmenspannung des Körpers, und
  • • Bestimmen der elektrischen Klemmenleistung aus dem erfassten elektrischen Klemmenstrom und der erfassten elektrischen Klemmenspannung.
Preferably, the electrical terminal performance of the body is determined by the following steps:
  • Detecting the electrical terminal current of the body,
  • • detecting the electrical terminal voltage of the body, and
  • • Determine the electrical terminal power from the detected electrical terminal current and the detected electrical terminal voltage.

Der elektrische Klemmenstrom und die elektrische Klemmenspannung vieler elektrisch erwärmbarer Körper werden ohnehin bereits mittels Sensoren erfasst. So weisen Akkumulatoren, die als Traktionsbatterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, im Allgemeinen entsprechende Sensoren auf, deren Messwerte für ein erfindungsgemäßes Verfahren genutzt werden können. Somit sind hierzu keine zusätzlichen Sensoren erforderlich, die zusätzlichen Aufwand, insbesondere Kosten verursachen würden.The electrical terminal current and the electrical terminal voltage of many electrically heatable body are already detected by sensors anyway. Thus, accumulators which are used as traction batteries in electric and hybrid vehicles generally have corresponding sensors whose measured values can be used for a method according to the invention. Thus, no additional sensors are required for this purpose, which would cause additional effort, in particular costs.

Vorzugsweise erfolgt die Berechnung der Temperatur ferner unter Verwendung einer Zeitmessung und wenigstens einer vorherigen Temperatur. Dies hat den Vorteil, dass der Verlauf der Temperatur auch als Temperaturentwicklung über der Zeit berechnet werden kann. Dies kann die Genauigkeit der aktuellen Temperatur steigern. Preferably, the temperature is further calculated using a time measurement and at least one previous temperature. This has the advantage that the course of the temperature can also be calculated as temperature development over time. This can increase the accuracy of the current temperature.

Vorzugsweise erfolgt die Berechnung der Temperatur ferner unter Verwendung einer gemessenen Temperatur. Auf diese Weise kann eine Initialtemperatur zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst und verwendet werden, um die Berechnungsgenauigkeit zu steigern. Eine solche Temperaturmessung kann z. B. die Außentemperatur eines Fahrzeugs oder die Temperatur an der Außenwand eines elektrischen Energiespeichers sein, da derartige Messungen und Sensoren heutzutage ohnehin üblich und in Fahrzeugen vorhanden sind.Preferably, the temperature is further calculated using a measured temperature. In this way, an initial temperature for the application of the method according to the invention can be detected and used in order to increase the calculation accuracy. Such a temperature measurement can, for. As the outside temperature of a vehicle or the temperature on the outer wall of an electrical energy storage device, since such measurements and sensors are now common anyway and present in vehicles.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese auch ein Verfahren zur Temperaturregulierung eines elektrischen Körpers, insbesondere eines Akkumulators, mit den Schritten:

  • • Bestimmen der Temperatur des elektrischen Körpers mittels eines Verfahrens wie zuvor beschrieben, und
  • • Verändern einer Kühl- oder Heizleistung an dem elektrischen Körper in Abhängigkeit der berechneten Temperatur.
According to a further aspect of the present invention, this also relates to a method for regulating the temperature of an electrical body, in particular of a rechargeable battery, with the steps:
  • • Determining the temperature of the electrical body by a method as described above, and
  • • Changing a cooling or heating power on the electrical body as a function of the calculated temperature.

Die Verwendung der erfindungsgemäß berechneten Temperatur in einem derartigen. Verfahren ist vorteilhaft, weil es gerade bei der Regulierung einer Temperatur, sei es durch Kühlung oder Heizung, auf die schnelle und möglichst genaue Reaktion auf Temperaturveränderungen des Körpers ankommt. Somit kann durch die Verwendung der erfindungsgemäß simulierten Temperatur dies erreicht werden.The use of the inventively calculated temperature in such. Method is advantageous because it is just in the regulation of a temperature, either by cooling or heating, depends on the fast and accurate response to temperature changes of the body. Thus, by using the simulated temperature according to the invention this can be achieved.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese auch eine Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur eines elektrischen Körpers, insbesondere eines Akkumulators, mit wenigstens einer Messeinheit zur Erfassung der elektrischen Klemmenleistung des Körpers und einer Berechnungseinheit zur Berechnung der Temperatur gemäß einem Verfahren wie zuvor beschrieben.According to a further aspect of the present invention, this also relates to a device for calculating the temperature of an electrical body, in particular a rechargeable battery, having at least one measuring unit for detecting the electrical terminal performance of the body and a calculation unit for calculating the temperature according to a method as described above.

Die Messeinheit kann in der Lage sein, die elektrische Klemmenleistung direkt zu messen oder die elektrische Klemmenleistung aus einem gemessenen Klemmenstrom und einer gemessenen Klemmenspannung zu bestimmen. Die Berechnungseinheit ist vorzugsweise ein Mikrocontroller; alternativ kann die Berechnungseinheit auch als Software in einer anderen Steuerungseinheit oder dergleichen implementiert sein.The measuring unit may be capable of directly measuring the electrical terminal power or determining the electrical terminal power from a measured terminal current and a measured terminal voltage. The calculation unit is preferably a microcontroller; Alternatively, the calculation unit may also be implemented as software in another control unit or the like.

Vorzugsweise weist die Messeinheit wenigstens einen Stromsensor und einen Spannungssensor auf. Diese Sensoren sind bei zahlreichen elektrischen Körpern bereits vorhanden, so dass sie zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls verwendet werden können, d. h. hierzu müssen keine weiteren Strom- und Spannungssensoren vorgesehen werden, was Kosten spart.The measuring unit preferably has at least one current sensor and one voltage sensor. These sensors are already present in numerous electrical bodies, so that they can also be used to implement the method according to the invention, d. H. For this purpose, no further current and voltage sensors must be provided, which saves costs.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese auch eine Vorrichtung zur Temperaturregulierung eines elektrischen Körpers, insbesondere eines Akkumulators, mit einer Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur des elektrischen Körpers wie zuvor beschrieben und einer Temperaturregulierungseinheit zur Kühlung oder Beheizung des elektrischen Körpers und bzw. oder zur Anpassung einer Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe des elektrischen Körpers in Abhängigkeit der berechneten Temperatur.According to a further aspect of the present invention, this also relates to a device for regulating the temperature of an electrical body, in particular an accumulator, with a device for calculating the temperature of the electrical body as described above and a temperature regulating unit for cooling or heating the electrical body and / or Adjustment of a power consumption or power output of the electrical body as a function of the calculated temperature.

Eine derartige Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur eines elektrischen Körpers im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung dieses Körpers vorzusehen ist vorteilhaft, weil die Regulierung der Temperatur z. B. mittels Kühlung oder Heizung auf den erfindungsgemäß berechneten Temperaturwert sehr genau und schnell auf Temperaturveränderungen ansprechend geschehen kann. Auch kann die Leistungsaufnahme bzw. – abgabe, die zumindest teilweise die Erwärmung des elektrischen Körpers verursacht, so reguliert werden, dass weniger elektrische Verlustleistung entsteht.Such a device for calculating the temperature of an electrical body in connection with a device for regulating the temperature of this body is advantageous because the regulation of the temperature z. B. by means of cooling or heating to the inventively calculated temperature value can be done very accurately and quickly responding to temperature changes. Also, the power consumption, which at least partially causes the heating of the electrical body, can be regulated so that less electrical power loss occurs.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese auch ein Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem elektrischen Körper, insbesondere einem Akkumulator, und einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung des elektrischen Körpers wie zuvor beschrieben.According to a further aspect of the present invention, this also relates to a vehicle, in particular electric or hybrid vehicle, with an electrical body, in particular an accumulator, and a device for regulating the temperature of the electrical body as described above.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 eine Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur eines Akkumulators gemäß der vorliegenden Erfindung als Bestandteil einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung des Akkumulators; 1 a device for calculating the temperature of a rechargeable battery according to the present invention as part of a device for regulating the temperature of the rechargeable battery;

2 Verläufe der Kühlungs-/Heizungsleistung, Temperatur und elektrischen Leistung eines Akkumulators über der Zeit bei Verwendung eines Temperatursensors außerhalb des Akkumulators; und 2 Curves of the cooling / heating power, temperature and electrical power of a battery over time when using a temperature sensor outside the battery; and

3 Verläufe der Kühlungs-/Heizungsleistung, Temperatur und elektrischen Leistung eines Akkumulators über der Zeit bei einer erfindungsgemäßen berechneten Temperatur des Akkumulators. 3 Characteristics of the cooling / heating power, temperature and electrical power of an accumulator over time at a calculated temperature of the accumulator according to the invention.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur eines Akkumulators 1 als ein elektrischer Körper gemäß der vorliegenden Erfindung als Bestandteil einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung des Akkumulators 1. Der Akkumulator 1 kann eine einzelne Akkumulatorzelle 1 innerhalb einer Akkumulatorzellenanordnung oder eine solche selbst sein. Der Akkumulator 1 ist mittels elektrischer Zuleitungen 2 mit anderen elektrischen Komponenten eines elektrischen Netzwerkes verbunden (nicht dargestellt). Der elektrische Klemmenstrom I, der über die Zuleitungen 2 fließt, und die elektrische Klemmenspannung U, die zwischen den einzelnen Leitungen der Zuleitungen 2 anliegt, werden mittels eines Stromsensors 3 bzw. Spannungssensors 4 erfasst und einer Berechnungseinheit 5 zur Verfügung gestellt. 1 shows a device for calculating the temperature of an accumulator 1 as an electrical body according to the present invention as part of a device for Temperature regulation of the accumulator 1 , The accumulator 1 can be a single battery cell 1 within an accumulator cell arrangement or such. The accumulator 1 is by means of electrical leads 2 connected to other electrical components of an electrical network (not shown). The electrical terminal current I, via the supply lines 2 flows, and the electrical terminal voltage U, between each line of the supply lines 2 is applied, by means of a current sensor 3 or voltage sensor 4 and a calculation unit 5 made available.

Aus den Werten der erfassten Klemmenspannung U und des erfassten Klemmenstromes I wird in der Berechnungseinheit 5 zunächst die elektrische Klemmenleistung P berechnet, die in diesem Moment in den Akkumulator 1 eingespeist oder diesem entnommen wird. Da ein Teil dieser elektrischen Leistung P als Verlustleistung in Wärme gewandelt wird, wird als nächstes dieser Anteil der elektrischen Leistung P berechnet. Hierzu kann die Kenntnis des Wirkungsgrades des Akkumulators 1, z. B. auch in Abhängigkeit eines Ladezustandes und bzw. oder seiner Temperatur(-verteilung) T, verwendet werden.From the values of the detected terminal voltage U and the detected terminal current I is in the calculation unit 5 First, the electrical terminal power P calculated, which at this moment in the accumulator 1 is fed or taken from this. Since a part of this electric power P is converted into heat as power dissipation, this proportion of the electric power P is next calculated. For this purpose, the knowledge of the efficiency of the accumulator 1 , z. B. also in dependence of a state of charge and or or its temperature (distribution) T, are used.

Basierend auf der elektrischen Verlustleistung wird mittels einer thermischen Modellierung die Temperatur T innerhalb des Akkumulators 1 berechnet bzw. simuliert. In diese Modellierung fließt wenigstens die Wärmekapazität C des Akkumulators 1 ein; zu Steigerung der Genauigkeit der Berechnung können auch vergangene Temperaturen berücksichtigt werden, um die zeitliche Entwicklung der Temperatur berechnen zu können. Ferner können in dieser Modellierung neben dem durch die elektrische Verlustleistung direkt erwärmten Volumen des elektrochemischen Speichers auch weitere Elemente des Akkumulators 1 berücksichtigt werden. So können die Begrenzungen des elektrochemischen Speichers sowie weitere z. B. Gehäuseteile, Isolationskörper, elektrische Anschlüsse, Verbindungselemente zur anderen Akkumulatorzellen oder zum z. B. Fahrzeuggehäuse etc. mittels ihrer jeweiligen Kontaktflächen und deren Wärmeübergangswiderstände sowie ihr jeweiliges Volumen, ihre Massen, ihre (spezifischen) Wärmekapazitäten etc. zur Verbesserung der thermischen Modellierung verwendet werden. Auch kann die Wärmeabgabe über diese Kontaktflächen an die Umgebung, z. B. die Umgebungsluft, berücksichtigt werden.Based on the electrical power dissipation, the temperature T within the accumulator is determined by means of a thermal modeling 1 calculated or simulated. At least the heat capacity C of the accumulator flows into this modeling 1 one; To increase the accuracy of the calculation, it is also possible to take account of past temperatures in order to be able to calculate the temporal evolution of the temperature. Furthermore, in addition to the volume of the electrochemical accumulator directly heated by the electrical power loss, further elements of the accumulator can also be used in this modeling 1 be taken into account. Thus, the limitations of the electrochemical storage and other z. B. housing parts, insulation body, electrical connections, fasteners to other battery cells or z. As vehicle housing, etc. by means of their respective contact surfaces and their heat transfer resistors and their respective volume, their masses, their (specific) heat capacities, etc. are used to improve the thermal modeling. Also, the heat output via these contact surfaces to the environment, eg. As the ambient air, are taken into account.

Aus dieser berechneten Temperatur T innerhalb des Akkumulators 1 ist auch dessen aktuelle Innentemperatur T bekannt, die von der Berechnungseinheit 5 dann an eine Temperaturregulierungseinheit 6 übermittelt wird, welche in Form einer Kühlung oder Heizung oder Kombination hieraus in der Lage ist, den Akkumulator 1 in Abhängigkeit der berechneten Temperatur T thermisch zu regulieren. Diese Temperaturregulierung basierend auf der erfindungsgemäß berechneten Temperatur T vorzunehmen anstelle z. B. einer gemessenen Temperatur T, insbesondere außerhalb des Akkumulators 1 gemessenen Temperatur T, sorgt für eine genauere Temperaturregulierung und ein schnelleres Ansprechen der Kühlung bzw. Heizung auf Temperaturänderungen, wie im Folgenden anhand zweier Messungen im Details erläutert:From this calculated temperature T inside the accumulator 1 is also its current internal temperature T known by the calculation unit 5 then to a temperature control unit 6 is transmitted, which is in the form of a cooling or heating or combination thereof, the accumulator 1 to thermally regulate depending on the calculated temperature T. This temperature regulation based on the inventively calculated temperature T instead of z. B. a measured temperature T, in particular outside of the accumulator 1 measured temperature T, ensures a more accurate temperature regulation and a faster response of the cooling or heating to temperature changes, as explained below with reference to two measurements in detail:

2 zeigt Verläufe der Kühlungs-/Heizungsleistung K, Temperatur T und elektrischen Leistung P eines Akkumulators 1 über der Zeit t bei Verwendung eines Temperatursensors außerhalb des Akkumulators 1. Zu einem Zeitpunkt t1 wird begonnen, dem Akkumulator 1 eine konstante elektrische Leistung P1 zuzuführen, die aufgrund ihres Anteils an elektrischer Verlustleistung zu einem Anstieg der Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators gegenüber der aktuellen Temperatur T0 führt (gepunkteter Verlauf der Temperatur T). Diese Erwärmung breitet sich jedoch erst durch den Akkumulator 1 nach außen hin aus, so dass der Temperaturanstieg TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators 1 erst zeitverzögert durch einen außerhalb vorgesehenen Sensor als Temperatur TSensor (Verlauf mit Strich und Punkt – in 3 mit doppelten Punkten- der Temperatur T) erfasst wird. 2 shows curves of the cooling / heating power K, temperature T and electric power P of an accumulator 1 over time t when using a temperature sensor outside of the accumulator 1 , At a time t 1 , the accumulator is started 1 to supply a constant electrical power P 1 , which due to their share of electrical power loss leads to an increase in the temperature T cell inside the accumulator with respect to the current temperature T 0 (dotted curve of the temperature T). However, this warming spreads only through the accumulator 1 outward so that the temperature rise T cell_ inside the accumulator 1 delayed by an external sensor as temperature T sensor (curve with dash and dot - in 3 with double points - the temperature T) is detected.

Die vom Sensor erfasste Temperatur TSensor erreicht zum Zeitpunkt t2 einen Temperaturgrenzwert T1, bei dem durch eine Temperaturregulierungseinheit 6 eine Kühlung aktiviert bzw. in ihrer Kühlleistung gesteigert wird, z. B. von einer Kühlleistung K0 auf eine Kühlleistung K1, welche zum Zeitpunkt t3 erreicht ist. Die Temperatur T2 zum Zeitpunkt t3 wird dann als Grenzwert zur Reduzierung der Kühlleistung K1 auf ein geringfügig verringertes Niveau K2 gespeichert. Zwischen diesen Zeitpunkten t2 und t3 nehmen die Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators und die außerhalb gemessene Temperatur TSensor aufgrund der Kühlung langsam ab, wobei dieser Abfall im Inneren erst zeitverzögert außerhalb erfasst wird; würde keine Kühlung aktiviert werden, würden beide Verläufe TZelle_Innen und TSensor weiter ansteigen und sich asymptotisch einen stationären Wert annähern.The temperature T sensor detected by the sensor reaches a temperature limit value T 1 at the time t 2 , during which a temperature regulation unit 6 a cooling is activated or increased in their cooling capacity, z. B. from a cooling capacity K 0 to a cooling capacity K 1 , which is reached at time t 3 . The temperature T 2 at the time t 3 is then stored as a limit value for reducing the cooling capacity K 1 to a slightly reduced level K 2 . Between these times t 2 and t 3, the temperature T Zelle_Innen take in the interior of the accumulator and the outside temperature measured T sensor due to the cooling slowly, and this drop is detected in the interior with a time delay outside; If no cooling were activated, both curves T cell_in and T_ sensor would continue to increase and asymptotically approach a stationary value.

Aufgrund der reduzierten Kühlleistung K2 nähern sich die Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators und die außerhalb gemessene Temperatur TSensor einem stationären Wert an. Wird dann ab dem Zeitpunkt t5 keine elektrische Leistung mehr dem Akkumulator 1 zugeführt, so wird die Kühlleitung K langsam gleichmäßig abgesenkt, bis zum Zeitpunkt t6 die Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators und die außerhalb gemessene Temperatur TSensor dem Temperaturwert T1 wieder unterschreiten und die Kühlleistung K wieder auf das Ausgangsniveau K0 abgesenkt werden kann. Im Folgenden klingen die Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators und die außerhalb gemessene Temperatur TSensor weiterhin ab, bis sie schließlich wieder die Ausgangstemperatur T0 erreichen.Due to the reduced cooling capacity K 2 , the temperature T cell_Innen inside the accumulator and the outside measured temperature T sensor approach a steady value. Will then from the time t 5 no more electrical power to the accumulator 1 fed, so the cooling line K is slowly lowered evenly until the time t 6, the temperature T cell inside the accumulator and the outside measured temperature T sensor again falls below the temperature value T 1 and the cooling power K can be lowered back to the initial level K 0 , In the following, the temperature T Zelle_Innen sound in the interior of the accumulator and the outside of measured temperature T from sensor further until they again reach the starting temperature T 0th

3 zeigt Verläufe der Kühlungs-/Heizungsleistung K, Temperatur T und elektrischen Leistung P eines Akkumulators 1 über der Zeit t bei einer erfindungsgemäßen berechneten Temperatur T des Akkumulators 1. Hierbei wird zur Kühlung des Akkumulators 1 der berechnete bzw. simulierte Verlauf der Temperatur TZelle_simuliert (Verlauf mit Strich und Punkt der Temperatur T) verwendet; der reale Verlauf der Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators dient nur der Veranschaulichung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der simulierte Verlauf der Temperatur TZelle_simuliert steigt vergleichbar dem realen Verlauf der Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators zum Zeitpunkt t1 an, sobald die elektrische Leistung P1 dem Akkumulator 1 zugeführt wird. Entsprechend wird der Zeitpunkt t2, an dem die Kühlung aktiviert wird, deutlich früher erreicht und damit beginnt die Kühlung des Akkumulators 1 auch deutlich eher als wenn diese in Abhängigkeit der außerhalb gemessenen Temperatur TSensor aktiviert werden würde. Daher kann auch die Leistung der Kühlung K langsamer bis zum Zeitpunkt t3 gesteigert werden, da diese eher einsetzt. Die schneller einsetzende Kühlung sorgt erfindungsgemäß dafür, dass die Überschreitung der Temperatur T2 geringer ausfällt und diese auch schneller wieder eingehalten wird, vgl. Zeitpunkt t4. Auch fällt die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 geringer aus. Somit wird erfindungsgemäß die Temperatur TZelle_Innen im Inneren des Akkumulators einfacher, insbesondere temperatursensorlos, und genauer erfasst als bisher üblich. 3 shows curves of the cooling / heating power K, temperature T and electric power P of an accumulator 1 over the time t at a calculated temperature T of the accumulator according to the invention 1 , This is for cooling the accumulator 1 the calculated or simulated course of the temperature T cell_simulated (course with bar and point of the temperature T) used; the actual course of the temperature T cell inside the accumulator serves only to illustrate the mode of operation of the method according to the invention. The simulated course of the temperature T cell_simulated increases, comparable to the real progression of the temperature T cell_in the interior of the accumulator, at time t 1 , as soon as the electrical power P 1 reaches the accumulator 1 is supplied. Accordingly, the time t 2 , at which the cooling is activated, achieved much earlier and thus begins the cooling of the accumulator 1 also significantly more so than if this would be activated depending on the outside measured temperature T sensor . Therefore, the power of the cooling K can be increased more slowly until the time t 3 , since this is more likely. The faster onset of cooling ensures according to the invention that the excess of the temperature T 2 fails lower and this is also respected faster, cf. Time t 4 . Also, the time period between the times t 5 and t 6 is smaller. Thus, according to the invention, the temperature T cell inside the accumulator is simpler, in particular temperature- sensorless , and more accurately detected than previously usual.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsbeispiele anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope the appended claims are defined.

Claims (9)

Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur (T) in einem elektrischen Körper (1), insbesondere in einem Akkumulator, mit den Schritten: Erfassen einer elektrischen Klemmenleistung (P), und Berechnung der Temperatur (T) unter Verwendung • der elektrischen Klemmenleistung (P), • einer der elektrischen Klemmenleistung (P) zugeordneten Verlustleistung, und • einer Wärmekapazität (C) des elektrischen Körpers (1), wobei die Berechnung der Temperatur (T) ferner unter Verwendung einer Wärmeleitfähigkeit sowie eines Wärmeübergangswiderstandes an der Oberfläche des Körpers (1) erfolgt.Method for determining a temperature (T) in an electrical body ( 1 ), in particular in an accumulator, comprising the steps of: detecting an electrical terminal power (P), and calculating the temperature (T) using • the electrical terminal power (P), • a power loss associated with the electrical terminal power (P), and • a Heat capacity (C) of the electrical body (C) 1 ), wherein the calculation of the temperature (T) further using a thermal conductivity and a heat transfer resistance at the surface of the body ( 1 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Klemmenleistung (P) des Körpers (1) mittels folgender Schritte bestimmt wird: Erfassen des elektrischen Klemmenstromes (I) des Körpers (1), Erfassen der elektrischen Klemmenspannung (U) des Körpers (1), und Bestimmen der elektrischen Klemmenleistung (P) aus dem erfassten elektrischen Klemmenstrom (I) und der erfassten elektrischen Klemmenspannung (U).Method according to claim 1, wherein the terminal electrical power (P) of the body ( 1 ) is determined by the following steps: detecting the electrical terminal current (I) of the body ( 1 ), Detecting the electrical terminal voltage (U) of the body ( 1 ), and determining the electrical terminal power (P) from the detected electrical terminal current (I) and the detected electrical terminal voltage (U). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Berechnung der Temperatur (T) ferner unter Verwendung einer Zeitmessung und wenigstens einer vorherigen Temperatur erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the calculation of the temperature (T) further takes place using a time measurement and at least one previous temperature. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Berechnung der Temperatur (T) ferner unter Verwendung einer gemessenen Temperatur erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the calculation of the temperature (T) further takes place using a measured temperature. Verfahren zur Temperaturregulierung eines elektrischen Körpers (1), insbesondere eines Akkumulators, mit den Schritten: Berechnung der Temperatur (T) des elektrischen Körpers (1) mittels eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, und Verändern einer Kühl- oder Heizleistung an dem elektrischen Körper (1) in Abhängigkeit der berechneten Temperatur (T).Method for regulating the temperature of an electrical body ( 1 ), in particular an accumulator, comprising the steps of: calculating the temperature (T) of the electrical body ( 1 ) by means of a method according to one of the preceding claims, and changing a cooling or heating power on the electric body ( 1 ) as a function of the calculated temperature (T). Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur (T) eines elektrischen Körpers (1), insbesondere eines Akkumulators, mit wenigstens einer Messeinheit (3, 4) zur Erfassung der elektrischen Klemmenleistung (P) des Körpers (1), und einer Berechnungseinheit (5) welche zur Berechnung der Temperatur (T) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eingerichtet ist.Device for calculating the temperature (T) of an electrical body ( 1 ), in particular a rechargeable battery, with at least one measuring unit ( 3 . 4 ) for detecting the electrical terminal performance (P) of the body ( 1 ), and a calculation unit ( 5 ) which is arranged to calculate the temperature (T) according to a method according to one of claims 1 to 4. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Messeinheit (3, 4) wenigstens einen Stromsensor (3) und einen Spannungssensor (4) aufweist.Apparatus according to claim 6, wherein the measuring unit ( 3 . 4 ) at least one current sensor ( 3 ) and a voltage sensor ( 4 ) having. Vorrichtung zur Temperaturregulierung eines elektrischen Körpers (1), insbesondere eines Akkumulators, mit einer Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur (T) des elektrischen Körpers (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, und eine Temperaturregulierungseinheit (6) zur Kühlung oder Beheizung des elektrischen Körpers (1) und/oder zur Anpassung einer Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe des elektrischen Körpers (1) in Abhängigkeit der berechneten Temperatur (T).Device for regulating the temperature of an electrical body ( 1 ), in particular an accumulator, with a device for calculating the temperature (T) of the electrical body ( 1 ) according to one of claims 6 or 7, and a temperature regulation unit ( 6 ) for cooling or heating the electrical body ( 1 ) and / or for adjusting a power consumption or power output of the electrical body ( 1 ) as a function of the calculated temperature (T). Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem elektrischen Körper (1), insbesondere einem Akkumulator, und einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung des elektrischen Körpers (1) nach Anspruch 8.Vehicle, in particular electric or hybrid vehicle, with an electric body ( 1 ), in particular an accumulator, and a device for regulating the temperature of the electrical body ( 1 ) according to claim 8.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3255721A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-13 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Method for controlling a temperature of a battery cell
DE102016211612A1 (en) * 2016-06-28 2017-12-28 Siemens Aktiengesellschaft Method and device
WO2018178131A1 (en) 2017-03-28 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for operating an electrical energy storage system and electrical energy storage system and use thereof
DE102017209182A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and device for determining an operating temperature, operating method for a battery cell, control unit for a battery cell and working device
DE102017217957A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and device for improving a temperature measurement
CN110553746A (en) * 2018-05-30 2019-12-10 罗伯特·博世有限公司 method and circuit for determining the temperature of an electrical/electronic component
DE102018221666A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Method for plausibility checking of an electronic circuit for time measurement of an electrochemical energy storage system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4037640A1 (en) * 1990-11-27 1992-06-04 Bosch Gmbh Robert VOLTAGE REGULATOR FOR A GENERATOR
DE19806135A1 (en) * 1998-02-14 1999-08-19 Bosch Gmbh Robert Method for determining the temperature of a vehicle battery
US6076964A (en) * 1998-11-11 2000-06-20 Chrysler Corporation Prediction of internal temperature of a battery using a non-linear dynamic model
DE102005004998A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Device and method for determining the temperature in an electric battery
US20070139017A1 (en) * 2005-12-20 2007-06-21 Marchand David G System and method for determining battery temperature
US20070298315A1 (en) * 2006-06-22 2007-12-27 Panasonic Ev Energy Co., Ltd. Battery cooling device, battery cooling air flow control device, and computer readable medium
EP1876051A1 (en) * 2006-07-03 2008-01-09 Mazda Motor Corporation Thermal control of electric storage device
US20120099618A1 (en) * 2009-07-08 2012-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Secondary battery temperature-estimating apparatus and method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4037640A1 (en) * 1990-11-27 1992-06-04 Bosch Gmbh Robert VOLTAGE REGULATOR FOR A GENERATOR
DE19806135A1 (en) * 1998-02-14 1999-08-19 Bosch Gmbh Robert Method for determining the temperature of a vehicle battery
US6076964A (en) * 1998-11-11 2000-06-20 Chrysler Corporation Prediction of internal temperature of a battery using a non-linear dynamic model
DE102005004998A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Device and method for determining the temperature in an electric battery
US20070139017A1 (en) * 2005-12-20 2007-06-21 Marchand David G System and method for determining battery temperature
US20070298315A1 (en) * 2006-06-22 2007-12-27 Panasonic Ev Energy Co., Ltd. Battery cooling device, battery cooling air flow control device, and computer readable medium
EP1876051A1 (en) * 2006-07-03 2008-01-09 Mazda Motor Corporation Thermal control of electric storage device
US20120099618A1 (en) * 2009-07-08 2012-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Secondary battery temperature-estimating apparatus and method

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107959092B (en) * 2016-06-08 2022-06-14 罗伯特·博世有限公司 Method for controlling temperature of battery cell
CN107959092A (en) * 2016-06-08 2018-04-24 锂能源和电力有限责任两合公司 Method for controlling battery cell temperature
EP3255721A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-13 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Method for controlling a temperature of a battery cell
US10566805B2 (en) 2016-06-08 2020-02-18 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Method for controlling a temperature of a battery cell
DE102016211612A1 (en) * 2016-06-28 2017-12-28 Siemens Aktiengesellschaft Method and device
WO2018178131A1 (en) 2017-03-28 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for operating an electrical energy storage system and electrical energy storage system and use thereof
DE102017205175A1 (en) 2017-03-28 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Method and device for operating an electrical energy storage system and electrical energy storage system and use thereof
DE102017209182A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and device for determining an operating temperature, operating method for a battery cell, control unit for a battery cell and working device
US11951866B2 (en) 2017-05-31 2024-04-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and device for determining an operating temperature, operating method for a battery cell, control unit for a battery cell, and working device
DE102017217957A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and device for improving a temperature measurement
CN110553746A (en) * 2018-05-30 2019-12-10 罗伯特·博世有限公司 method and circuit for determining the temperature of an electrical/electronic component
US11349160B2 (en) 2018-12-13 2022-05-31 Robert Bosch Gmbh Method for checking the plausibility of an electronic circuit for time measurement of an electrochemical energy storage system
DE102018221666A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Method for plausibility checking of an electronic circuit for time measurement of an electrochemical energy storage system

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